專題04勻速圓周運動向心力(通關檢測)高中物理重難點復習一本通(必修2)_第1頁
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文檔簡介

1.一汽車輪胎豎放于水平地面上,0為其中心,A為輪胎與地面接觸點,現使其在地面上向右滾動.某一時刻在地面上觀察者看來,關于輪箍最大圓周上B、C兩點的說法正確的是A.B點比A點線速度大B.B點比A點角速度小C.B、C兩點均繞O點做圓周運動D.B、C兩點線速度大小相等【答案】A2.如圖所示,一根細線下端拴一個金屬小球P,細線的上端固定在金屬塊Q上,Q放在帶小孔的水平桌面上.小球在某一水平面內做勻速圓周運動(圓錐擺)現使小球改到一個更高一些的水平面上做勻速圓周運動(圖上未畫出),兩次金屬塊Q都保持在桌面上靜止.則后一種情況與原來相比較,下列說法中正確的是()A.Q受到桌面的支持力變大B.Q受到桌面的靜摩擦力變大C.小球P運動的角速度變大D.小球P運動的周期變大【答案】BC【解析】設細線與豎直方向的夾角為θ,細線的拉力大小為T,細線的長度為L.P球做勻速圓周運動時,由重力和細線的拉力的合力提供向心力,如圖,則有:,mgtanθ=mω2Lsinθ=ma,Q受到重力、支持力繩子的拉力和桌面的支持力、摩擦力的作用,在豎直方向上:3.如圖所示,小球在豎直放置的光滑圓形管道內做圓周運動,內側壁半徑為R,小球半徑為r,則下列說法正確的是()A.小球通過最高點時的最小速度vmin=eq\r(gR+r)B.小球通過最高點時的最小速度vmin=0C.小球在水平線ab以下的管道中運動時,內側管壁對小球一定無作用力D.小球在水平線ab以上的管道中運動時,外側管壁對小球一定有作用力【答案】BC【解析】小球沿管上升到最高點的速度可以為零,故A項錯誤,B項正確;小球在水平線ab以下的管道中運動時,由外側管壁對小球的作用力N與球的重力在背離圓心方向的分力Fmg的合力提供向心力,即:N-Fmg=meq\f(v2,R+r),因此,外側管壁一定對球有作用力,而內側管壁無作用力,C項正確;小球在水平線ab以上的管道中運動時,小球受管壁的作用力與小球速度大小有關,D項錯誤。學科@網4.如圖所示,內壁光滑的圓錐筒的軸線垂直于水平面,圓錐筒固定不動,兩個質量相同的小球A和B緊貼著內壁分別在圖中所示的水平面內做勻速圓周運動,則()A.球A的角速度一定大于球B的角速度B.球A的線速度大于球B的線速度C.球A的運動周期一定小于球B的運動周期D.球A對筒壁的壓力一定大于球B對筒壁的壓力【答案】B【解析】對小球受力分析,小球受到重力和支持力,它們的合力提供向心力,如圖

根據牛頓第二定律有,解得、,A的半徑大,則A的線速度大,角速度小,根據,知A球的周期大,AC錯誤B正確。因為支持力,知球A對筒壁的壓力一定等于球B對筒壁的壓力,D錯誤.5.如圖,在一半經為R的球面頂端放一質量為m的物塊,現給物塊一初速度v0,,則()A.若,則物塊落地點離A點B.若球面是粗糙的,當時,物塊一定會沿球面下滑一段,再斜拋離球面C.若,則物塊落地點離A點為RD.若移≥,則物塊落地點離A點至少為2R【答案】D【解析】試題分析:在最高點,根據牛頓第二定律得,,解得N=0,知物體在頂部僅受重力,有水平初速度,做平拋運動,則,則水平運動的位移,A錯誤;當時,在最高點,根據牛頓第二定律得,解得,如果物塊受到的摩擦力足夠大,物塊可能滑行一段距離后停止;2、如果物塊受到的摩擦力處于臨界狀態,可能剛好滑到邊沿豎直下拋;3、如果摩擦力再減少的話就可能在某一位置斜下拋,B正確;當時,在到達與O點等高的位移做斜拋運動,落地時離A點的距離大于R,C錯誤;若≥,有A的分析可知,水平位移x≥2R,D正確.學科@網6.如圖甲所示,用一輕質繩拴著一質量為m的小球,在豎直平面內做圓周運動(不計一切阻力),小球運動到最高點時繩對小球的拉力為T,小球在最高點的速度大小為v,其T-v2圖象如圖乙所示,則()A.輕質繩長為eq\f(am,b)B.當地的重力加速度為eq\f(a,m)C.當v2=c時,輕質繩的拉力大小為eq\f(ac,b)+aD.只要v2≥b,小球在最低點和最高點時繩的拉力差均為6【答案】BD7.如圖所示,輕桿一端固定質量為m的小球,輕桿長度為R,可繞水平光滑轉軸O在豎直平面內轉動。將輕桿從與水平方向成30°角的位置由靜止釋放。若小球在運動過程中受到的空氣阻力大小不變。當小球運動到最低點P時,輕桿對小球的彈力大小為mg。下列說法正確的是()A.小球運動到P點時的速度大小為B.小球受到的空氣阻力大小為C.小球能運動到與O點等高的Q點D.小球不能運動到與O點等高的Q點【答案】BC【解析】小球運動到P點時,根據牛頓第二定律可得,解得小球在P點的速度大小為,A錯誤;根據動能定理可得,解得,B正確;假設小球能運動到與O點等高的Q點,則阻力大小為,根據動能定理可得,解得,故小球能運動到與O點等高的Q點,且達到Q的速度剛好為零,C正確D錯誤.學科%網8.如圖所示,半徑為eq\f(l,4)、質量為m的小球用兩根不可伸長的輕繩a、b連接,兩輕繩的另一端系在一根豎直桿的A、B兩點上,A、B兩點相距為l,當兩輕繩伸直后,A、B兩點到球心的距離均為l。當豎直桿以自己為軸轉動并達到穩定時(輕繩a、b與桿在同一豎直平面內)。求:(1)豎直桿角速度ω為多大時,小球恰好離開豎直桿。(2)輕繩a的張力Fa與豎直桿轉動的角速度ω之間的關系。【解析】(1)小球恰好離開豎直桿時,小球與豎直桿間的作用力為零,設此時輕繩a與豎直桿間的夾角為α,由題意可知sinα=eq\f(1,4),r=eq\f(l,4),水平方向:Fasinα=mω2r,豎直方向:Facosα=mg,聯立解得ω=2eq\r(\f(g,\r(15)l))。(2)由(1)可知0≤ω≤2eq\r(\f(g,\r(15)l))時,Fa=eq\f(4,\r(15))mg,若角速度ω再增大,小球將離開豎直桿,在輕繩b恰伸直前,設輕繩a與豎直桿的夾角為β,此時小球做圓周運動的半徑為r=lsinβ,水平方向:Fasinβ=mω2r,豎直方向:Facosβ=mg,聯立解得Fa=mω2l當輕繩b恰伸直時,β=60°,此時ω=eq\r(\f(2g,l)),故有Fa=mω2l2eq\r(\f(g,\r(15)l))<ω≤eq\r(\f(2g,l)),若角速度ω再增大,輕繩b拉直后,小球做圓周運動的半徑為r=lsin60°,水平方向:Fasin60°+Fbsin60°=mω2r,豎直方向:Facos60°=Fbcos60°+mg,聯立解得Fa=eq\f(1,2)mlω2+mg,此時ω≥eq\r(\f(2g,l))。1.(2018陜西省延安黃陵中學6月模擬)兩粗細相同內壁光滑的半圓形圓管ab和bc連接在一起,且在b處相切,固定于水平面上。一小球從a端以某一初速度進入圓管,并從c端離開圓管。則小球由圓管ab進入圓管bc后A.線速度變小B.角速度變大C.向心加速度變小D.小球對管壁的壓力變大【答案】C2.(2019江西信豐中學一輪摸底)如圖所示是“過山車”玩具模型,當小球以速度v經過圓形軌道最高點時,小球與軌道間的作用力為F,多次改變小球初始下落的高度h,就能得出F與v的函數關系,下列關于F與v之間的關系中有可能正確的是()ABCD【答案】C3.(2019遼寧省六校協作體高三期初考試)如圖所示,轉動軸垂直與光滑水平面,交點O的上方h處固定細繩的一端,細繩的另一端栓接一質量為m的小球B,繩長l>h,轉動軸帶動小球在光滑水平面上做圓周運動,當轉動的角速度ω逐漸增大時,下列說法正確的是()A.小球始終受三個力的作用B.細繩上的拉力始終保持不變C.要使球離開水平面角速度至少為D.若小球飛離了水平面則線速度為【答案】C【解析】當小球角速度較小時,小球受重力、支持力和拉力三個力作用,當小球角速度較大時,小球會脫離水平面,小球受重力和拉力兩個力作用,A錯誤;小球在水平面內做勻速圓周運動,豎直方向上的合力為零,當小球脫離水平面后,角速度增大時,繩子與豎直方向的夾角變大,拉力變大,B錯誤;當小球剛好離開水平面時,受重力和拉力作用,根據牛頓第二定律得,,,聯立解得,C正確D錯誤.學科@網4.(2018屆浮梁一中3月沖刺卷)如圖所示,兩個相同的小木塊A和B(均可看作為質點)),質量均為m。用長為L的輕繩連接,置于水平圓盤的同一半徑上,A與豎直軸的距離為L,此時繩子恰好伸直無彈力,木塊與圓盤間的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍,重力加速度大小為g。若圓盤從靜止開始繞轉軸緩慢地加速轉動,用ω表示圓盤轉動的角速度,下列說法正確的是A.木塊A、B所受的摩擦力始終相等B.木塊B所受摩擦力總等于木塊A所受摩擦力的兩倍C.是繩子開始產生彈力的臨界角速度D.若,則木塊A、B將要相對圓盤發生滑動【答案】D【解析】當角速度較小時,AB均靠靜摩擦力提供向心力,由于B轉動的半徑較大,則B先達到最大靜摩擦力,角速度繼續增大,則繩子出現拉力,當A的靜摩擦力達到最大時,角速度增大,AB開始發生相對滑動,可知B的靜摩擦力方向一直指向圓心,在繩子出現張力前,A、B的角速度相等,半徑之比為1:2,則靜摩擦力之比為1:2,當繩子出現張力后,A、B的靜摩擦力之比不是1:2,故AB錯誤.當摩擦力剛好提供B做圓周運動的向心力時,繩子開始產生拉力,則,解得,C錯誤;當A的摩擦力達到最大時,AB開始滑動,對A有:,對B有:,解得,D正確。5.(2018山西省太原市高三第三次模擬)單梁懸掛起重機(行車)可簡化為如圖的模型,滑輪O處于水平橫梁AB上,長為L的鋼絲繩一端固定在滑輪的中心軸上,下端連接一電磁鐵,電磁鐵對鐵塊的最大引力為F,現用該行車運送一鐵塊,滑輪與鐵塊一起向右勻速運動,當O到AB上的P點時被制動立即停止,鐵塊開始擺動但不掉落,將滑輪、電磁鐵與鐵塊視為質點,下列說法正確的是A.只要鐵塊的重量不大于F,鐵塊就可以被安全運輸B.若運輸速度為v,該行車能運輸鐵塊的最大質量為C.若運輸速度為,該行車能運輸鐵塊的最大質量為D.若鐵塊的質量為M,該行車運輸的最大速度為【答案】B1.(2018浙江4月選考科目)A、B兩艘快艇在湖面上做勻速圓周運動(如圖),在相同時間內,它們通過的路程之比是4:3,運動方向改變的角度之比是3:2,則它們()A.線速度大小之比為4:3B.角速度大小之比為3:4C.圓周運動的半徑之比為2:1D.向心加速度大小之比為1:2【答案】A【解析】線速度,A、B通過的路程之比為4:3,時間相等,則線速度之比為4:3,故A正確;角速度,運動方向改變的角度等于圓周運動轉過的角度,A、B轉過的角度之比為3:2,時間相等,則角速度大小之比為3:2,故B錯誤;根據v=rω得,圓周運動的半徑,線速度之比為4:3,角速度之比為3:2,則圓周運動的半徑之比為8:9,故C錯誤;根據a=vω得,線速度之比為4:3,角速度之比為3:2,則向心加速度之比為2:1,故D錯誤。學科¥網2.(2018江蘇卷)火車以60m/s的速率轉過一段彎道,某乘客發現放在桌面上的指南針在10s內勻速轉過了約10°.在此10s時間內,火車()A.運動路程為600mB.加速度為零C.角速度約為1rad/sD.轉彎半徑約為3.4km【答案】AD【解析】由于火車的運動可看做勻速圓周運動,則可求得火車在此10s時間內的路程為s=vt=600m,故A正確;因為火車的運動可看做勻速圓周運動,其所受到的合外力提供向心力,根據牛頓第二定律可知加速度不等于零,故B錯誤;利用指南針在10s內勻速轉過了約10°,可推廣出在30s內勻速轉過了約30°,再根據角速度的定義式,解得角速度的大小為,C錯誤;已知火車在此30s時間內通過的路程為1800m,由數學知識可知,火車轉過的弧長為l=θR,可解得:≈,故D正確。3.(2017江蘇卷)如圖所示,一小物塊被夾子夾緊,夾子通過輕繩懸掛在小環上,小環套在水平光滑細桿上,物塊質量為M,到小環的距離為L,其兩側面與夾子間的最大靜摩擦力均為F.小環和物塊以速度v向右勻速運動,小環碰到桿上的釘子P后立刻停止,物塊向上擺動.整個過程中,物塊在夾子中沒有滑動.小環和夾子的質量均不計,重力加速度為g.下列說法正確的是()A.物塊向右勻速運動時,繩中的張力等于2B.小環碰到釘子P時,繩中的張力大于2C.物塊上升的最大高度為D.速度v不能超過【答案】D【解析】物塊向右勻速運動時,則夾子與物體M,處于平衡狀態,那么繩中的張力等于Mg,與2F大小關系不確定,故A錯誤;小環碰到釘子P時,物體M做圓周運動,依據最低點由拉力與重力的合力提供向心力,因此繩中的張力大于Mg,而與2F大小關系不確定,故B錯誤;依據機械能守恒定律,減小的動能轉化為重力勢能,則有:,那么物塊上升的最大高度為,故C錯誤;因夾子對物體M的最大靜摩擦力為2F,依據牛頓第二定律,結合向心力表達式,對物體M,則有:,解得:,故D正確。4.(2016全國卷Ⅲ)如圖所示,在豎直平面內有由eq\f

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